近日，王远鹏教授、曹名锋教授和武汉工程大学夏东教授在希瓦氏菌微生物电合成方面研究取得重要进展，相关研究成果以“Direct CO2 transformation to malate via bioelectrosynthesis upon engineered Shewanella oneidensis”为题发表于Journal of the American Chemical Society（DOI：10.1021/jacs.5c01494）。
微生物电合成（MES）结合生物催化和电催化的优势，有利于合成多碳化合物。希瓦氏菌（Shewanella）因其高效的胞外电子摄取能力而成为电合成的优选菌株。然而，希瓦氏菌电合成转化CO2仍面临对MES代谢机制理解不足及CO2转化为多碳效率不高的挑战。为解决上述问题，研究团队首先针对MES代谢机制不清晰的问题，探究了MES参与胞外电子摄取过程和胞内CO2转化过程代谢调控机制（Metabolic Engineering 2023, 80, 1-11）。并通过希瓦氏菌的表面修饰明确了关键基因在电合成过程的功能（AIChE Journal, 2024, 70, e18457; Chemical Engineering Science, 2024, 297, 120194）。
本研究工作进一步解决希瓦氏菌CO2转化为多碳效率低的难题。研究团队通过合成生物学手段在希瓦氏菌体内引入第一套质粒系统，构建还原性甘氨酸途径，结合适应性实验室进化，使其具备了甲酸同化的能力。通过引入第二套质粒系统，构建苹果酸合成路径，实现了CO2直接一步法转化为苹果酸。最终，CO2转化为苹果酸的浓度达到了1.18 mmol·L-1，这是首次通过微生物电合成直接产C4化合物。我们构建的工程希瓦氏菌电合成体系，实现将CO2可持续生物合成C2+化合物，为规模化转化CO2为长链高值产品提供了重要参考。
该工作在王远鹏教授、曹名锋教授、武汉工程大学夏东教授共同指导下完成，李清彪教授对工作提出重要指导意见。李逸鑫（2020级博士生，现为华侨大学化工学院讲师）和夏东为论文共同第一作者。研究工作得到国家自然科学基金(22038012、32271477、U24A20543)的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c01494
